一种TC4-DT钛合金的热处理方法

摘要

本发明公开的TC4‑DT钛合金的热处理方法，具体按照如下步骤实施：步骤1、预热阶段：将TC4‑DT钛合金的锻态棒材在900℃～960℃下进行预热，然后冷却至室温；步骤2、第一退火阶段：将步骤1中冷却得到的TC4‑DT钛合金的棒材加热至984℃～1009℃，保温1h～2h后，冷却至室温；步骤3、第二退火阶段：将步骤2冷却得到的TC4‑DT钛合金的棒材依次进行至少1次的加热、保温及冷却至室温处理；本发明能够有效提高TC4‑DT钛合金的组织结构和力学性能，本发明为TC4‑DT材料的热处理提供了指导，依据本发明可以在一定范围内对该材料的组织性能进行调整以便获取不同需要的组织及性能。

权利要求

1.一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1、预热阶段：

将TC4-DT钛合金的锻态棒材在900℃～960℃下进行预热，然后冷却至室温；

步骤2、第一退火阶段：

将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至984℃～1009℃，保温1h～2h后，冷却至室温；

步骤3、第二退火阶段：

将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材依次进行至少1次的加热、保温及冷却至室温处理，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃～730℃，保温1h～2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至900℃～950℃，保温1h～2h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至700℃～760℃，保温2h～4h后，空冷至室温。

2.如权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，所述TC4-DT钛合金的锻态棒材的尺寸为Φ400×70。

3.如权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，步骤1中，所述预热时间为30min～60min。

4.如权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，所述冷却方式均为空冷。

5.如权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，步骤3中，将步骤

2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热，加热至700℃～760℃，保温30min～50min后，空冷至室温。

6.如权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，其特征在于，所述TC4-DT钛合金的锻态棒材中，C含量不大于0.05％，H含量不大于0.0125％，O含量0.08％～0.13％，N含量不大于0.03％，Al含量5.6％～6.5％，V含量3.4％～4.5％，Fe含量不大于0.25％，Si含量不大于0.01％，Y含量不大于0.005％。

说明书

一种TC4-DT钛合金的热处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于钛合金热处理技术领域，具体涉及一种TC4-DT钛合金的热处理方法。

背景技术

[0002] TC4-DT钛合金是我国研发的一种具有自主知识产权的损伤容限型钛合金，该合金具有一定的强度水平的同时还拥有较低的裂纹扩展速率即da/dN和较高的断裂韧性即KIC，可作为重要的结构材料应用于航空、航天领域。近几年生产大量的该材料锻件，由于所加工锻件相对较大和采取相变点以上进行最终热处理，达到理想的组织与性能匹配较难，采取合理的热处理工艺才能保证组织和性能。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种TC4-DT钛合金的热处理方法，能够有效提高TC4-DT钛合金的组织结构和力学性能。

[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种TC4-DT钛合金的热处理方法，具体按照如下步骤实施：

[0005] 步骤1、预热阶段：

[0006] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材在900℃～960℃下进行预热，然后冷却至室温；

[0007] 步骤2、第一退火阶段：

[0008] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至984℃～1009℃，保温1h～2h后，冷却至室温；

[0009] 步骤3、第二退火阶段：

[0010] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材依次进行至少1次的加热、保温及冷却至室温处理。

[0011] 本发明的特点还在于，

[0012] TC4-DT钛合金的锻态棒材的尺寸为Φ400×70。。

[0013] 步骤1中，所述预热时间为30min～60min。

[0014] 步骤1和步骤2中，冷却方式均为空冷。

[0015] 步骤3中，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至700℃～760℃，保温保温30min～50min后，空冷至室温。

[0016] 步骤3中，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃～730℃，保温1h～2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至700℃～760℃，保温2h～4h后，空冷至室温。

[0017] 步骤3中，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃～730℃，保温1h～2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至900℃～950℃，保温1h～2h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至700℃～760℃，保温2h～4h后，空冷至室温。

[0018] TC4-DT钛合金的锻态棒材中，C含量不大于0.05％，H含量不大于0.0125％，O含量0.08％～0.13％，N含量不大于0.03％，Al含量5.6％～6.5％，V含量3.4％～4.5％，Fe含量不大于0.25％，Si含量不大于0.01％，Y含量不大于0.005％。

[0019] 本发明的有益效果是：

[0020] 本发明的一种TC4-DT钛合金的热处理方法，通过对预热、一退及二退的加热温度及保温时间等参数的调整，保证了热处理后的TC4-DT钛合金棒材组织结构均匀，且有效提高了钛合金棒材的抗拉强度、屈服强度、断裂韧性等力学性能，为钛合金的实际生产提供了很好的支持。

附图说明

[0021] 图1为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为984℃处理后低倍组织图；

[0022] 图2为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为989℃处理后低倍组织图；

[0023] 图3为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为995℃处理后低倍组织图；

[0024] 图4为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为999℃处理后低倍组织图；

[0025] 图5为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为1004℃处理后低倍组织图；

[0026] 图6为本发明的TC4-DT钛合金的热处理方法中一退温度为1009℃处理后低倍组织图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0028] 本发明一种TC4-DT钛合金的热处理方法，该方法的TC4-DT钛合金的锻态棒材的尺寸为Φ400×70，TC4-DT钛合金的锻态棒材中，C含量不大于0.05％，H含量不大于0.0125％，O含量0.08％～0.13％，N含量不大于0.03％，Al含量5.6％～6.5％，V含量3.4％～4.5％，Fe含量不大于0.25％，Si含量不大于0.01％，Y含量不大于0.005％，经淬火法测得初生ɑ全部溶解温度为984℃，具体按照如下步骤实施：

[0029] 步骤1、预热阶段：

[0030] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材放置于箱式电阻炉中，在900℃～960℃下进行预热，预热30min～60min，然后空冷至室温；

[0031] 步骤2、第一退火阶段：

[0032] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至984℃～1009℃，保温1h～2h后，空冷至室温；

[0033] 步骤3、第二退火阶段：

[0034] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材依次进行至少1次的加热、保温及冷却至室温处理。

[0035] 步骤3的第二退火阶段可按照如下三种方式进行：

[0036] 第一种：将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热，加热至700℃～760℃，保温30min～50min后，空冷至室温。

[0037] 第二种，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃～730℃，保温1h～2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至700℃～760℃，保温2h～4h后，空冷至室温。

[0038] 第三种，将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃～730℃，保温1h～2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至900℃～950℃，保温1h～2h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至700℃～760℃，保温2h～4h后，空冷至室温。

[0039] 实施例1

[0040] 步骤1、预热阶段：

[0041] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样1)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0042] 步骤2、第一退火阶段：

[0043] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至984℃，保温2h后，空冷至室温。

[0044] 步骤3、第二退火阶段：

[0045] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温30min后，空冷至室温。经热处理后的试样1一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1所示。

[0046] 实施例2

[0047] 步骤1、预热阶段：

[0048] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样2)放置于箱式电阻炉中，在960℃下进行预热，预热40min，然后空冷至室温；

[0049] 步骤2、第一退火阶段：

[0050] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至989℃，保温2h后，空冷至室温；

[0051] 步骤3、第二退火阶段：

[0052] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温40min后，空冷至室温。经热处理后的试样2一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1所示。

[0053] 实施例3

[0054] 步骤1、预热阶段：

[0055] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样3)放置于箱式电阻炉中，在930℃下进行预热，预热50min，然后空冷至室温；

[0056] 步骤2、第一退火阶段：

[0057] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0058] 步骤3、第二退火阶段：

[0059] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温50min后，空冷至室温。经热处理后的试样3一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1所示。

[0060] 实施例4

[0061] 步骤1、预热阶段：

[0062] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样4)放置于箱式电阻炉中，在920℃下进行预热，预热60min，然后空冷至室温；

[0063] 步骤2、第一退火阶段：

[0064] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至999℃，保温2h后，空冷至室温；

[0065] 步骤3、第二退火阶段：

[0066] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温30min后，空冷至室温。经热处理后的试样4一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1所示。

[0067] 实施例5

[0068] 步骤1、预热阶段：

[0069] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样5)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0070] 步骤2、第一退火阶段：

[0071] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至1004℃，保温2h后，空冷至室温；

[0072] 步骤3、第二退火阶段：

[0073] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温30min后，空冷至室温。经热处理后的试样5一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1所示。

[0074] 实施例6

[0075] 步骤1、预热阶段：

[0076] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样6)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0077] 步骤2、第一退火阶段：

[0078] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至1009℃，保温2h后，空冷至室温；

[0079] 步骤3、第二退火阶段：

[0080] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至730℃，保温30min后，空冷至室温。

[0081] 实施例1～6中，TC4-DT钛合金的锻态棒材中按照质量百分比包括如下各元素：C0.01％，H0.0020％，O0.12％，N 0.008％，Al6.21％，V4.00％，Fe0.041％，Si＜0.10％，Y＜
0.005％。

[0082] 经热处理后的试样1～6一端面加工后腐蚀检查宏观组织，其低倍组织如图1～图6所示，其低倍组织均为均匀的清晰组织。

[0083] 经实施例1～6的热处理后，试样1～6的拉伸性能结果如表1。

[0084] 表1试样1～6拉伸性能结果

[0085]

[0086] 经实施例1～6热处理后，试样1～6的断裂韧性结果见表2。

[0087] 表2试样1～6的断裂韧性结果

[0088]

[0089] 从表1和表2可以看出，随着一退温度的升高，热处理后的TC4-DT钛合金的棒材的断裂有上升的趋势，拉伸强度及屈服强度呈下降趋势，同时，一退温度从相变点到相变点以上25℃对低倍组织没有明显的影响。

[0090] 实施例7

[0091] 步骤1、预热阶段：

[0092] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样7)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0093] 步骤2、第一退火阶段：

[0094] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0095] 步骤3、第二退火阶段：

[0096] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至700℃，保温2h后，空冷至室温。

[0097] 实施例8

[0098] 步骤1、预热阶段：

[0099] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样8)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0100] 步骤2、第一退火阶段：

[0101] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0102] 步骤3、第二退火阶段：

[0103] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至700℃，保温2h后，空冷至室温。

[0104] 实施例9

[0105] 步骤1、预热阶段：

[0106] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样9)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0107] 步骤2、第一退火阶段：

[0108] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0109] 步骤3、第二退火阶段：

[0110] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至760℃，保温2h后，空冷至室温。

[0111] 实施例10

[0112] 步骤1、预热阶段：

[0113] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样10)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0114] 步骤2、第一退火阶段：

[0115] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0116] 步骤3、第二退火阶段：

[0117] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至730℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至700℃，保温2h后，空冷至室温。

[0118] 实施例11

[0119] 步骤1、预热阶段：

[0120] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样11)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0121] 步骤2、第一退火阶段：

[0122] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0123] 步骤3、第二退火阶段：

[0124] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至730℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至730℃，保温2h后，空冷至室温。

[0125] 实施例12

[0126] 步骤1、预热阶段：

[0127] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样12)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0128] 步骤2、第一退火阶段：

[0129] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0130] 步骤3、第二退火阶段：

[0131] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至730℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至760℃，保温2h后，空冷至室温。

[0132] 实施例13

[0133] 步骤1、预热阶段：

[0134] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样13)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0135] 步骤2、第一退火阶段：

[0136] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0137] 步骤3、第二退火阶段：

[0138] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至950℃，保温1h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至700℃，保温2h后，空冷至室温。

[0139] 实施例14

[0140] 步骤1、预热阶段：

[0141] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样14)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0142] 步骤2、第一退火阶段：

[0143] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0144] 步骤3、第二退火阶段：

[0145] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至950℃，保温1h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至730℃，保温2h后，空冷至室温。

[0146] 实施例15

[0147] 步骤1、预热阶段：

[0148] 将TC4-DT钛合金的锻态棒材(试样15)放置于箱式电阻炉中，在954℃下进行预热，预热30min，然后空冷至室温；

[0149] 步骤2、第一退火阶段：

[0150] 将步骤1中冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材加热至995℃，保温2h后，空冷至室温；

[0151] 步骤3、第二退火阶段：

[0152] 将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材第一次加热至700℃，保温2h，空冷至室温，然后继续第二次加热，加热至950℃，保温1h后，风冷至室温，最后继续第三次加热，加热至760℃，保温2h后，空冷至室温。

[0153] 经实施例7～15的热处理后，试样7～15的拉伸性能结果如表3。

[0154] 表3试样7～15的拉伸性能结果

[0155]

[0156] 从表3可看出，在第二退火阶段中，当将步骤2冷却得到的TC4-DT钛合金的棒材经两次加热、保温及冷却处理时，尤其是试样10在经热处理后，其抗拉强度达到900以上，屈服强度在800以上，延伸率达到10以上，断面收缩率在20以上，其力学性能均较好。